Dimensionale stabiliteit en nauwkeurigheid van precisiegietstukken

Het is altijd een van de belangrijkste doelen van de werknemers in de investeringsgieterij om de maatnauwkeurigheid van de gietstukken voortdurend te verbeteren. Investeringsgietstukken en de verspilling veroorzaakt door dimensionale aberratie verminderen.

1. Dimensionale stabiliteit van de wasvorm en de beïnvloedende factoren

Figuur 1 toont de resultaten die professor Robert C. Voigt van de Universiteit van Pennsylvania heeft verkregen na het volgen en meten van 29 soorten precisiegietstukken. Te zien is dat in de meeste gevallen, wanneer de grootte van de wasmal sterk fluctueert, de schommelingen in de grootte van het gietstuk ook groot zijn, en dat er weinig uitzonderingen zijn. Over het geheel genomen is de schommeling in de grootte van de wasmal verantwoordelijk voor 10% tot 70% van de schommelingen in de grootte van het gietstuk.

Figuur 1 Vergelijking van de groottefluctuatie tussen Precisiegieten en wasvorm

Let op: σ-standaarddeviatie

De procesparameters hebben een beslissende invloed op de maatvastheid van de wasvorm. De belangrijkste factoren zijn:

1）Temperatuur van het persen van de was

De invloed van de temperatuur van het persen van de was verschilt per mal (zie figuur 2). Zoals te zien is in figuur 2, is bij gebruik van een mal met een basis van was de invloed van de temperatuur van het persen van de was op de maatvastheid van de mal zeer gevoelig, terwijl de invloed van de mal met een basis van hars klein is.

2）Injectiedruk

Zoals te zien is in figuur 3, neemt de krimpsnelheid van de wasmal aanzienlijk af wanneer de druk laag is en de druk toeneemt. Wanneer de druk echter tot een bepaald niveau stijgt (> 1,6 MPa), heeft de druk vrijwel geen effect op de grootte van de wasmal.

Temperatuur van het persen van de was /℃

FIGUUR 2 Verband tussen de temperatuur van het persen van was en de krimp van de wasvorm

Injectiedruk /MPa

FIGUUR 3 Verband tussen injectiedruk en krimp van de wasmal

3）Stroomsnelheid

De stroomsnelheid van de mal kan op de volgende twee manieren worden gewijzigd, maar de impact op de grootte van de wasmal is niet hetzelfde: Door de stroomsnelheid van de waspersinstelling te wijzigen, heeft deze methode minder effect op de krimp van de wasmal. Het heeft echter een belangrijke invloed op de vulling en oppervlaktekwaliteit van wasmallen met complexe dunwandige onderdelen of met een kern. Door de dwarsdoorsnede van de wasinjectiemond te wijzigen, heeft deze methode een groter effect, omdat het vergroten van de dwarsdoorsnede van de wasinjectiemond niet alleen de temperatuur van het persen van de was kan verlagen, maar ook de stollingstijd van het matrijsmateriaal bij de wasinjectiemond kan verlengen, waardoor de mate van verdichting van de wasmal toeneemt, wat de krimp en oppervlaktekrimp vermindert.

4）Injectietijd

De zogenaamde drukinjectietijd omvat hier drie perioden van vullen, verdichten en vasthouden. De vultijd verwijst naar de tijd waarin de mal gevuld is met de persing.

Verdichten heeft betrekking op de tijd vanaf de maximale druk tot het sluiten van het wasmondstuk; vasthouden heeft betrekking op de tijd vanaf het sluiten van het mondstuk tot het trekken van de mal.

De injectietijd heeft een significant effect op de krimp van de wasmal (Figuur 4), omdat een verlenging van de injectietijd ertoe kan leiden dat er meer matrijsmateriaal in de holte wordt geperst, waardoor de wasmal sterker wordt verdicht, waardoor de krimp afneemt. Dit blijkt uit de toename van het gewicht van de wasmal bij een langere verdichtingstijd (zie Figuur 5). De verdichtingstijd moet geschikt zijn; als de verdichtingstijd te lang is, is het matrijsmateriaal bij de wasinjectiemond volledig gestold en werkt de verdichting niet. Uit Figuur 4 blijkt ook dat bij een relatief korte injectietijd (15-25 seconden) de temperatuur van het persen van de was stijgt en de krimp toeneemt. Wanneer de injectietijd echter wordt verlengd tot 25-35 seconden (in feite wordt de verdichtingstijd verlengd op voorwaarde dat de vultijd constant blijft), wordt de invloed van de temperatuur van het persen van de was kleiner. Wanneer de injectietijd wordt verhoogd tot meer dan 35 seconden, treedt de tegenovergestelde situatie op: naarmate de perstemperatuur van de was stijgt, neemt de krimp van de wasmal af (zie figuur 5). Dit fenomeen kan worden verklaard door het feit dat het verhogen van de matrijstemperatuur en het verlengen van de verdichtingstijd hetzelfde effect hebben als het verhogen van de verdichtingsgraad van de wasmal.

5）Vormtemperatuur en waspersapparatuur

De wasmal koelt langzaam af en de krimp neemt toe bij een hoge giettemperatuur. Dit komt doordat de wasmal zich nog in de pers bevindt voordat de mal wordt getrokken, waardoor de krimp beperkt is en de mal na het vormen in vrije krimp verandert. Bij een hoge maltemperatuur is de uiteindelijke krimp dus hoog, en omgekeerd laag.

Op vergelijkbare wijze kan het koelsysteem van de waspers een impact van ongeveer 0,3% op de grootte van de wasmal hebben.

Tot slot is het belangrijk te benadrukken dat wanneer het wasbasisvormmateriaal wordt gebruikt, de waspasta een vast, vloeibaar en gasvormig driefasencoëxistentiesysteem is. De volumeverhouding tussen de drie fasen heeft een grote invloed op de grootte van de wasvorm. De verhouding tussen de drie fasen kan niet worden gecontroleerd tijdens de productie, wat ook een belangrijke reden is voor de slechte maatvastheid van de wasvorm die met de wasbasisvorm wordt geperst.

FIG. 4 Uitgebreide effecten van injectietijd en wastemperatuur op krimp van de wasmal

Injectietijd /s

FIG. 5 Invloed van de perstijd op de verdichtingsgraad van de wasmal

2. Invloed van het schelpmateriaal en het schelpproductieproces op de maatvastheid van gietstukken

De invloed van de schaal op de grootte van gietstukken wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door thermische uitzetting, thermische vervorming (kruip bij hoge temperatuur) en de belemmering (belemmering) die de schaal vormt bij het krimpen van gietstukken bij koeling.

1）Thermische uitzetting van de schil

Hangt voornamelijk af van het materiaal van de schaal. De uitzettingssnelheid van verschillende vuurvaste materialen is verschillend. Van de meest gebruikte vuurvaste materialen is de uitzettingssnelheid van gesmolten kwarts het kleinst, gevolgd door aluminiumsilicaat. Siliciumdioxide is het grootst en ongelijkmatig. Na testen om de aluminiumsilicaatschaal te bepalen bij verhitting op kamertemperatuur tot 1000 °C, kan de schaal ongeveer 0,25% uitzetten. Het aandeel van de totale krimp van de gietvorm is niet groot. Bij gebruik van dergelijke vuurvaste materialen heeft de schaal een goede maatvastheid, zoals het gebruik van gesmolten kwarts ongetwijfeld zal verbeteren. Bij gebruik van silica fluctueert de schaalgrootte echter sterk.

2）Thermische vervorming

Zo is bijvoorbeeld de kruipgraad van de schil met waterglas als bindmiddel aanzienlijk groter dan die van de silicasol- en ethylsilicaatschil bij een hoge temperatuur boven de 1000℃.

Hoewel gesmolten korund op zichzelf een hoge vuurvastheid heeft, kan de aanwezigheid van onzuiverheden zoals natriumoxide ervoor zorgen dat de roosttemperatuur van de mantel boven 1000℃ ook kruip veroorzaakt, wat resulteert in een slechte maatvastheid.

3) De beperkingen van de schaal op de krimp van het gietstuk - de verzoening en inklapbaarheid van de schaal - hangen voornamelijk af van het schaalmateriaal.
Kortom, de invloed van de schelp op de grootteschommeling van het gietstuk, waarbij het vuurvaste materiaal een belangrijke rol speelt, mag niet worden genegeerd. De invloed van het schelpvormingsproces is daarentegen kleiner.

3. De invloed van spanning op de maatvastheid veroorzaakt door ongelijkmatige koeling van gietstukken
De afkoelsnelheid van elk onderdeel van het gietstuk (inclusief het gietsysteem) is verschillend en de thermische spanning veroorzaakt vervorming van het gietstuk, wat de maatvastheid beïnvloedt. Dit komt vaak voor in de productie. Het verlagen van de afkoelsnelheid van gietstukken en het verbeteren van de aanspuitcombinatie zijn effectieve preventieve maatregelen.